CN106375068A - 一种rs码的纠错能力强度调整方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种RS码的纠错能力强度调整方法及装置，应用于基于低速无信道编码的通信制式标准的网络中的节点，所述方法包括：统计预设时间段内，数据帧的总数、出错个数和利用RS码进行修复的数据帧的个数；根据所述数据帧的总数、出错个数和利用RS码进行修复的数据帧的个数，计算反馈值；根据所述反馈值，调节RS码的纠错能力强度。利用本发明实施例，自适应改变了RS码的纠错能力强度。

Description

一种RS码的纠错能力强度调整方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种RS码的纠错能力强度调整方法及装置。

背景技术

通常，在低速通信制式(IEEE802.15.4、物联网、传感网等严格控制开销的通信制式)中不增加信道编码机制，传输的数据包出错后直接重新发包。例如IEEE802.15.4，该网络是一种结构简单的无线通信网络。在IEEE802.15.4的标准协议中，采用的是检错重传(CRC+ARQ)的机制。在信道不佳的环境下，这种机制会引起过多的重传。在容易出错的环境下，因传输造成的错误可能几位，即一个数据包中仅错少数几个比特，采用重传机制，不仅不利于问题解决，反而会加重网络负荷，使得有效传输时延增大，引起网络拥塞。这种情况下，采用一些简单的纠错机制，可以避免过度重传问题。

里所(Reed-Solomon，简称为RS)码是一种前向纠错的编码,是解决上述问题的一种优质技术。另一方面，RS码通过增加冗余编码达到纠错的目的，一定程度上增加了传输开销，降低了传输效率。

但是，目前在网络信道的状态变差时，不能自适应改变RS码的纠错能力强度。因此，在网络信道的状态变差时，自适应改变RS码的纠错能力强度是亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种RS码的纠错能力强度调整方法及装置，以自适应改变RS码的纠错能力强度。

为达到上述目的，本发明实施例公开了一种RS码的纠错能力强度调整方法，应用于基于低速无信道编码的通信制式标准的网络中的节点，方法包括：

统计预设时间段内，数据帧的总数、出错个数和利用RS码进行修复的数据帧的个数；

根据所述数据帧的总数、出错个数和利用RS码进行修复的数据帧的个数，计算反馈值；

根据所述反馈值，调节RS码的纠错能力强度。

较佳的，所述根据所述数据帧的总数、出错个数和利用RS码进行修复的数据帧的个数，计算反馈值所利用的公式为：

per＝(crc_wrong_frame-correct)/N

其中，per为反馈值，N为数据帧的总数，crc_wrong_frame为数据帧的出错个数，correct为利用RS码进行修复的数据帧个数。

较佳的，所述根据所述反馈值，调节RS码的纠错能力强度，包括：

判断所述反馈值是否大于预设门限值；

如果是，将所述RS码的信息位长度调小，以调节RS码的纠错能力强度；

如果否，将所述RS码的信息位长度调大，以调节RS码的纠错能力强度。

较佳的，所述方法还包括：

将调整后的所述RS码的信息位长度值发送给所述网络中的协调器，以使所述协调器将各个节点发送的RS码信息位长度值中的最小值，作为下一个预设时间段内的各个节点的RS码信息位长度值。

较佳的，所述预设时间段为：根据所述网络中的超帧时长和用于控制超帧数量的变量确定的。

为达到上述目的，本发明实施例公开了一种RS码的纠错能力强度调整装置，应用于基于低速无信道编码的通信制式标准的网络中的节点，装置包括：

统计模块，用于统计预设时间段内，数据帧的总数、出错个数和利用RS码进行修复的数据帧的个数；

计算模块，用于根据所述数据帧的总数、出错个数和利用RS码进行修复的数据帧的个数，计算反馈值；

调节模块，用于根据所述反馈值，调节RS码的纠错能力强度。

较佳的，所述计算模块，计算反馈值所利用的公式为：

per＝(crc_wrong_frame-correct)/N

其中，per为反馈值，N为数据帧的总数，crc_wrong_frame为数据帧的出错个数，correct为利用RS码进行修复的数据帧个数。

较佳的，所述调节模块，具体用于：

判断所述反馈值是否大于预设门限值；

如果是，将所述RS码的信息位长度调小，以调节RS码的纠错能力强度；

如果否，将所述RS码的信息位长度调大，以调节RS码的纠错能力强度。

较佳的，所述装置还包括：

发送模块，用于将调整后的所述RS码的信息位长度值发送给所述网络中的协调器，以使所述协调器将各个节点发送的RS码信息位长度值中的最小值，作为下一个预设时间段内的各个节点的RS码信息位长度值。

较佳的，所述预设时间段为：根据所述网络中的超帧时长和用于控制超帧数量的变量确定的。

由上述的技术方案可见，本发明实施例提供的一种RS码的纠错能力强度调整方法及装置，统计预设时间段内，数据帧的总数、出错个数和利用RS码进行修复的数据帧的个数；根据所述数据帧的总数、出错个数和利用RS码进行修复的数据帧的个数，计算反馈值；根据所述反馈值，调节RS码的纠错能力强度。

可见，引入无线通信中的RS编码机制，保证低速网络在部分数据出错的情况下具备一定的检错纠错能力，避免重发造成的网络数据激增。根据得到的所述网络信道的状态，在网络信道的状态变差时，能够自适应地改变RS码的纠错能力强度。

当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种RS码的纠错能力强度调整方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种RS码的纠错能力强度调整方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的再一种RS码的纠错能力强度调整方法的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的一种RS码的纠错能力强度调整装置的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种RS码的纠错能力强度调整装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明实施例提供的一种RS码的纠错能力强度调整方法及装置优选适用于基于低速无信道编码的通信制式标准的网络中的节点。

下面首先对本发明实施例提供的一种RS码的纠错能力强度调整方法进行详细说明。

参见图1，图1为本发明实施例提供的一种RS码的纠错能力强度调整方法的流程示意图，可以包括如下步骤：

S101，统计预设时间段内，数据帧的总数、出错个数和利用RS码进行修复的数据帧的个数；

其中，在实际应用中，基于低速无信道编码的通信制式标准的网络可以为：基于IEEE802.15.4标准的网络。该网络可以采用信标使能方式，可以采用检错重传(CRC+ARQ)的机制。IEEE 802.15.4网络协议是一种应用广泛的底层协议。例如，目前在物联网中广泛应用的Zigbee技术，它以IEEE802.15.4网络协议中的物理层(PHY)和媒体访问层(MAC)作为基础，通过添加网络层和应用层来方便用户的开发。IEEE802.15.4网络协议已经被广泛应用于各种无线传感网络中，作为Zigbee、WirelessHART等协议的基础规范，该网络协议在大多数环境下都能满足实际需求。

其中，预设时间段是根据网络中的超帧时长和用于控制超帧数量的变量确定的。预设时间段的时长可以为X_time*t，X_time为控制网络中超帧个数的变量，t为采用信标模式下的网络中每个超帧之间的时间间隔。这样设置的意义在于，由于网络采用信标模式，每个超帧之间的间隔就是时长t，由于每一个超帧时段较短，在进行一次统计时所接收的数据帧不多。为了增大统计时长，引入变量X_time，这样统计的预设时间段内的时长即为X_time*t。在实际应用中，在每个进行统计的预设时间段内，X_time的值可以随网络信道状态的变化进行调整，也可以保持不变。

在一个具体实现方式中，在一个进行统计的预设时间段内，以一个节点为例，该节点统计所接收的数据帧总数，利用该网络的CRC校验功能检测接收的数据帧是否出错。这里需要对所述网络协议栈源码的相关部分进行修改，以可以对数据帧总数中的出错个数进行统计，同时保留出错数据帧。在网络MAC帧中传输的Payload中加入RS码，对保留的出错数据帧进行修复，并统计修复的出错数据帧的个数。在实际应用中，对网络协议栈源码的相关部分进行修改，可以利用现有技术例如改写程序代码等完成，具体过程不再赘述。

通常基于低速通信制式标准的网络(例如物联网、传感网等严格控制开销的通信制式)中不增加信道编码机制，数据帧出错直接重发。引入无线通信中RS编码机制，保证基于低速通信制式标准的网络在部分数据帧出错的情况下具备一定的检错纠错能力，可以避免重发造成的网络数据激增。

在本步骤的具体实现方式中，可以在现有的支持IEEE 802.15.4网络的设备上，关闭网络中的重传机制，引入前向纠错技术中的RS(n,k)码去修复节点接收的出错数据帧。从成本和可行性上来看，在不修改硬件设备的基础上，这里主要可以在该网络的MAC帧中加入RS(n,k)码。在网络中的通用MAC帧中，对帧头部分(MHR)不进行编码处理，对MAC帧中传输的Payload进行编码运算。其中，k即为RS码的信息位长度。

示例性的，在RS(n,k)码中可以采用的n＝15，信息位长度k有多种取值的变化，例如13、11、9等等。将信息位每k位为一组进行RS编码，编码的后总长度变为n，编码后产生的n-k位冗余位放在信息位之后进行传输。每次解码时，取总长度为n的数据作为一组进行解码，如果解码无误，取出前k位信息位交付给上位机，n-k位冗余位被抛弃。网络协议中MAC帧的最大长度可以为128字节，这里每组的编码可以为n＝15个字节，因此，MAC帧中传输的Payload中可以放入多组这样编码后的数据。

S102，根据所述数据帧的总数、出错个数和利用RS码进行修复的数据帧的个数，计算反馈值；

其中，计算反馈值所利用的公式为：

per＝(crc_wrong_frame-correct)/N

其中，per为反馈值，N为数据帧的总数，crc_wrong_frame为数据帧的出错个数，correct为利用RS码进行修复的数据帧个数。实际应用中，也可以用其他参数例如P、N+、W、R等代替per、N、crc_wrong_frame、correct，参数所表示的意义不变。

S103，根据所述反馈值，调节RS码的纠错能力强度。

具体的，如图2所示，S103可以包括：

S103A：判断所述反馈值是否大于预设门限值，如果是，执行S103B，如果否，执行S103C。

具体的，根据S102中计算得到的反馈值per，与预设的门限值Limit进行比较，判断反馈值是否大于预设门限值。本步骤的意义在于，根据所述反馈值与预设门限值的大小关系，判断出在进行统计的一个预设时间段内网络信道的状态。在实际应用中，门限值的具体设定，可以根据实际应用自行设置，以实现可用于与反馈值进行判决得到调整后的k值为准。

S103B：将所述RS码的信息位长度调小。

具体的，通过判断反馈值是否大于预设门限值，来决定是否改变RS码的纠错能力。其中，RS码的信息位长度越小，RS码的纠错能力越强。在判断结果为是的情况下，说明这一预设时间段内网络信道的状态较差，那么在下一个进行统计的预设时间段内可以选用较强纠错能力的编码，可以将RS码的信息位长度k值调小，以调节RS码的纠错能力强度。

S103C：将所述RS码的信息位长度调大。

具体的，在实际应用中，在反馈值不大于预设门限值的情况下，说明这一预设时间段内网络信道的状态较好，那么在下一个进行统计的预设时间段内还可以选用较弱纠错能力的编码，可以将RS码的信息位长度k值调大，以调节RS码的纠错能力强度。

其中，在调整信息位长度k值的同时，X_time的值也会随网络信道的状态变化而变化。当由弱纠错能力转变为强纠错能力时，会适当减少X_time的值，这样做是基于如下考虑：当纠错能力由弱转强时，说明网络信道的状态变差了，可以将这种情况视为紧急情况，通常在应对紧急情况下做出调整反应后，更急于知道这种调整是否带来了好的效果，以便做出下一步的反应，这里采用了同样的原理，减小X_time的值相当于缩短了统计的预设时间段，希望在较短的时间内去检测调整纠错能力后的效果；反之，纠错能力由强转弱时，说明网络信道的状态变好，可以将这种情况视为良好情况，在良好情况下可以弱化对结果的监督，这时可以适当增大X_time的值，相当于延长统计时段，避免网络系统的状态跳变过于频繁。在实际应用中，也可以选择不改变X_time的值，即不改变预设时间段的时长，具体以能够实现调整RS码的信息位长度即k值为准。

可见，引入无线通信中的RS编码机制，保证低速网络在部分数据出错的情况下具备一定的检错纠错能力，避免重发造成的网络数据激增。根据得到的所述网络信道的状态，在网络信道的状态变差时，能够自适应地改变RS码的纠错能力强度。

参见图3，图3为本发明实施例提供的再一种RS码的纠错能力强度调整方法的流程示意图，本发明图3所示实施例在图2所示实施例的基础上，增加S104：将调整后的RS码的信息位长度值发送给网络中的协调器，以使协调器将各个节点发送的RS码信息位长度值中的最小值，作为下一个预设时间段内的各个节点的RS码信息位长度值。

具体的，网络中的每个节点独立对等，可以对网络中各个节点调整后的RS码的信息位长度k值进行同步。首先在某一统计时间段内，网络中各节点的k值应该保持一致，如果各节点选用的k值与协调器不同，会造成RS解码错误且不便管理。其次为了实现同步，每个时段的统计仅由协调器来完成，X变量在协调器的每个信标帧中进行自加。协调器将X的值放入信标帧的Payload中，各节点仅读取该X的值，当读取到的X等于X_time即统计时长等于预设时间段的时长时，各节点开始将计算得到的反馈值与门限值判决，根据判决对k值进行调整，将调整后的k值会发送给协调器，协调器会得到一个关于k的集合K＝{k₁,k₂,...,k_n}，n为节点的个数，由协调器来决定下一统计时段内RS码所用的k值。

其中，选取k值的方法可以是取集合K中的最小值，即k＝min(K)，因为k值越小，所需的纠错能力就越大。这样选取的目的在于，如果能满足出错率最高的节点的要求，那么就能满足网络中其它节点的要求。最后协调器将选定的结果k写入信标帧中，通过信标帧传达到各个节点，实现整个网络纠错能力同步的目的。由于只由所述协调器控制统计时长，这样就避免了各个节点在初始启动时间上不一致，不能同时上报自己k值的情况。

可见，引入无线通信中的RS编码机制，保证低速网络在部分数据出错的情况下具备一定的检错纠错能力，避免重发造成的网络数据激增。根据得到的所述网络信道的状态，在网络信道的状态变差时，能够自适应地改变RS码的纠错能力强度。

与上述的方法实施例相对应，本发明实施例还提供一种RS码的纠错能力强度调整装置。

参见图4，图4为本发明实施例提供的一种RS码的纠错能力强度调整装置的结构示意图，该调整装置应用于基于低速无信道编码的通信制式标准的网络中的节点，与图1所示的流程相对应，该调整装置可以包括：统计模块401、计算模块402、调节模块403。

其中，统计模块401，用于统计预设时间段内，数据帧的总数、出错个数和利用RS码进行修复的数据帧的个数；

具体的，所述预设时间段为：根据所述网络中的超帧时长和用于控制超帧数量的变量确定的。

计算模块402，用于根据所述数据帧的总数、出错个数和利用RS码进行修复的数据帧的个数，计算反馈值；

具体的，计算模块402，计算反馈值所利用的公式为：

per＝(crc_wrong_frame-correct)/N

其中，per为反馈值，N为数据帧的总数，crc_wrong_frame为数据帧的出错个数，correct为利用RS码进行修复的数据帧个数。

调节模块403，用于根据所述反馈值，调节RS码的纠错能力强度。

具体的，调节模块403，具体可以用于：

判断所述反馈值是否大于预设门限值；

如果是，将所述RS码的信息位长度调小，以调节RS码的纠错能力强度；

如果否，将所述RS码的信息位长度调大，以调节RS码的纠错能力强度。

可见，引入无线通信中的RS编码机制，保证低速网络在部分数据出错的情况下具备一定的检错纠错能力，避免重发造成的网络数据激增。根据得到的所述网络信道的状态，在网络信道的状态变差时，能够自适应地改变RS码的纠错能力强度。

参见图5，图5为本发明实施例提供的另一种RS码的纠错能力强度调整装置的结构示意图，本发明图5所示实施例在图4所示实施例的基础上，增加发送模块404，用于将调整后的所述RS码的信息位长度值发送给所述网络中的协调器，以使所述协调器将各个节点发送的RS码信息位长度值中的最小值，作为下一个预设时间段内的各个节点的RS码信息位长度值。

可见，引入无线通信中的RS编码机制，保证低速网络在部分数据出错的情况下具备一定的检错纠错能力，避免重发造成的网络数据激增。根据得到的所述网络信道的状态，在网络信道的状态变差时，能够自适应地改变RS码的纠错能力强度。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施方式中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，这里所称得的存储介质，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种RS码的纠错能力强度调整方法，应用于基于低速无信道编码的通信制式标准的网络中的节点，其特征在于，所述方法包括：

统计预设时间段内，数据帧的总数、出错个数和利用RS码进行修复的数据帧的个数；

根据所述数据帧的总数、出错个数和利用RS码进行修复的数据帧的个数，计算反馈值；

根据所述反馈值，调节RS码的纠错能力强度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述数据帧的总数、出错个数和利用RS码进行修复的数据帧的个数，计算反馈值所利用的公式为：

per＝(crc_wrong_frame-correct)/N

其中，per为反馈值，N为数据帧的总数，crc_wrong_frame为数据帧的出错个数，correct为利用RS码进行修复的数据帧个数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述反馈值，调节RS码的纠错能力强度，包括：

判断所述反馈值是否大于预设门限值；

如果是，将所述RS码的信息位长度调小，以调节RS码的纠错能力强度；

如果否，将所述RS码的信息位长度调大，以调节RS码的纠错能力强度。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

将调整后的所述RS码的信息位长度值发送给所述网络中的协调器，以使所述协调器将各个节点发送的RS码信息位长度值中的最小值，作为下一个预设时间段内的各个节点的RS码信息位长度值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预设时间段为：根据所述网络中的超帧时长和用于控制超帧数量的变量确定的。

6.一种RS码的纠错能力强度调整装置，应用于基于低速无信道编码的通信制式标准的网络中的节点，其特征在于，所述装置包括：

统计模块，用于统计预设时间段内，数据帧的总数、出错个数和利用RS码进行修复的数据帧的个数；

计算模块，用于根据所述数据帧的总数、出错个数和利用RS码进行修复的数据帧的个数，计算反馈值；

调节模块，用于根据所述反馈值，调节RS码的纠错能力强度。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述计算模块，计算反馈值所利用的公式为：

per＝(crc_wrong_frame-correct)/N

其中，per为反馈值，N为数据帧的总数，crc_wrong_frame为数据帧的出错个数，correct为利用RS码进行修复的数据帧个数。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述调节模块，具体用于：

判断所述反馈值是否大于预设门限值；

如果是，将所述RS码的信息位长度调小，以调节RS码的纠错能力强度；

如果否，将所述RS码的信息位长度调大，以调节RS码的纠错能力强度。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

发送模块，用于将调整后的所述RS码的信息位长度值发送给所述网络中的协调器，以使所述协调器将各个节点发送的RS码信息位长度值中的最小值，作为下一个预设时间段内的各个节点的RS码信息位长度值。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述预设时间段为：根据所述网络中的超帧时长和用于控制超帧数量的变量确定的。